ABBロボットギアボックスとは？
人々は通常、産業用ロボットについて話す際、コントローラの調整方法、プログラミング方法、トラッキング方法など、目に見え、手で触れられるような事柄を語ります。しかし、実際に長期間ワークショップに浸ってみると、ロボットがスムーズに動くかどうか、あるいは動きがぎこちないかどうかといった根本的な要因は、実はその機械的本体、つまり「骨格」にあることに気づきます。この本体において最も重要でありながら、最も見落とされがちな部品がギアボックスです。 
この部品はロボットにおいてどのような役割を果たすのでしょうか？
非常に単純なアナロジーで説明しましょう。モーターは猛烈な勢いで回転しますが（シュゥー！）、そのままで100ポンドまたは80ポンドもの溶接トングや治具を直接持ち上げようとしても、十分なトルクが得られず、単に持ち上げることができません。一方、ロボットが作業を行う際には、極めて安定した力を発揮する必要があります。動作速度はそれほど重要ではなく、むしろ確実なトルクと、停止位置の精度が極めて重要であり、髪の毛一本分の誤差にも収まるほどの正確さが求められます。
この2つの要件は完全に矛盾しています。ギアボックスは、この「変換」と「変速」という作業の中心に位置しており、馬鹿みたいに高速なモーターの回転速度を下げると同時に、トルクを増幅させ、さらにモーターの出力を正確な位置へ伝達する必要があります。これがないと、モーターが直接ロボットの腕や脚に接続されてしまい、ロボットは激しく jerk（ジャーキーな動き）をしたり、完全に崩れ落ちたりします。
ABB製ロボットを分解してアーム部を下から覗き込むと、基部の大きな関節、大アームと2本のアームが接続される部分、および回転可能な手首の小さな関節にギアボックスが配置されていることが分かります。大きな関節と小さな関節は同じものではなく、大きな関節には頑丈さと耐久性が求められ、大きな荷重を支える必要があります。一方、小さな関節にはゼロバックラッシュ（無遊び）と高精度な制御が求められます。
ワークショップでは、いくつかの種類のギアボックスが一般的に使用されています。
ギアボックスの一種はRVギアボックスと呼ばれ、また一部ではサイクロイド・ピンホイールとも呼ばれます。この装置は剛性の高いヘッド構造で、通常はロボットのベース部やアーム部など、大きな負荷がかかる場所に設置されます。製造難易度は高いものの、十分な剛性を備えており、ロボットが毎日ハンマーを振り回すような作業やスポット溶接といった重作業をこなしても、その負荷をしっかり支えることができます。
もう一方はハーモニックギアボックスと呼ばれ、その構造原理は全く異なります。内部には柔軟な歯車（フレキシブルホイール）を備え、弾性変形によって駆動するため、バックラッシュ（歯隙）をほぼゼロに抑え、高精度かつ小型化を実現します。ロボットの手首部分のように人間の手のように器用に動く部位では、多くがこのハーモニックギアボックスを採用しています。乾式組立や微小部品の取り扱いといった精密作業も、この「手」の高精度によって支えられています。
さらに、遊星ギアボックス（プランエタリーギアボックス）もあります。これは折衷的な選択肢であり、コンパクトさと高効率を両立させたタイプです。コストが重視される場合や、精度要求がそれほど高くない補助軸などにおいて見られます。
ギアボックスが調子を崩し始めると、ロボットはその作業を遂行できなくなります。
工場の現場では、本来あるべき場所とは異なる場所に移動してしまう事象が多数発生します。
例えば、ロボットの位置決め精度が稼働とともに低下していきます。過去には部品をきっちりと嵌め込んでいたのですが、現在では常にわずかにずれが生じており、プログラムの調整やゼロ点の再キャリブレーションを試みたとしても改善されません。このような場合、ギアヘッド内のクリアランスが拡大している可能性が高いです。ギア同士の間に隙間が生じており、指定された位置へ移動するよう指令を出しても、わずかに振動（ワブル）が発生し、実際の位置ずれが生じているのです。
また、ロボットの動作がカクつき、肉眼で見ても不安定に見え、かつかつてのような滑らかさが失われています。これは主に内部部品の摩耗が不均一であるか、あるいは潤滑油の機能が低下し、乾式摩擦（ドライグラインディング）が発生しているためです。
当初は静かに動作していたロボットが、現在ではカチカチ・ブーンといった音を立て、まるで鍋のように鳴っています。この異音は、まさに助けを求めているサインであり、内部のベアリングまたはギアに何らかの問題が生じていることを示しています。
より直接的な動きが可能だった部分が、現在はアラームが鳴る状態になり、ロボットの駆動力が低下していると感じられます。これは、伝達効率が大幅に低下しており、エネルギーがギアボックス内で消費されていることを意味します。
現場で最もよく見られるシナリオ
さあ、あなたもきっとお馴染みのいくつかのケースをご紹介しましょう。顧客から電話があり、「以前は正確に位置合わせできていたポイントが、今はすべてずれてしまい、わずか数マイクロメートルの誤差でも非常に気になります」とおっしゃる場合があります。多くの人が最初に思い浮かべるのは、プログラムの喪失やジョイントへの衝撃（「ガンヒット」）ですが、実際にはギアボックスのギャップが大きくなりすぎている可能性が最も高いです。もう一つはオイル漏れで、関節部の下方からオイルの滴下が見られ、床面にしみやたまりができています。これは、オイルシールの経年劣化が原因である可能性が最も高く、長期間にわたるオイル漏れにより内部が乾燥し、乾式摩耗が発生してしまい、軽微な問題が重大な修理へと発展してしまうことがあります。また、関節部が異常に熱くなる（通常よりもはるかに高温になる）という症状も見られます。これは、負荷が過大であるか、潤滑不良が原因で、内部で金属同士が干渉・摩擦しているサインです。
では、ギアボックスはいつ交換すべきでしょうか？
多くの経営者はそのような交換を負担できないため、しばらくの間そのまま使い続けようと考えています。しかし正直に申し上げて、精度が著しく低下し、手で振動が感じられるほどになり、隣にいる人が音の大きさに思わず振り向くほど騒音が発生し、オイル漏れが止まらず、温度が異常に高くなる——これらの5つのサインのうち、2つ以上が見られた場合は、これ以上使用を続けるべきではありません。さらに遅らせると、ギアの破片がモーターやエンコーダー内に脱落して掃除（スイープ）を必要とすることになり、修理費用は単なるギアボックスの価格では済まなくなります。
当社のロボットで使用されているギアボックスは、一般設備で使用されるものと同じですか？
これは同じものではありません。通常の機器に使われるギアボックスの場合、わずかなガップがあっても問題なく、ほぼそのまま使用できます。しかし、ロボットではそうはいきません。ガップが少し大きくなるだけで、ツールヘッドの位置ずれが数ミリメートルにも拡大してしまいます。そのため、ロボット用ギアボックスには極めて低いバックラッシュ性能が求められ、また寿命全体を通じて繰り返し精度（リピータビリティ）が安定している必要があります。この点については、あいまいさを許す余地はありません。
